Как определить максимальную частоту ШИМ для транзистора (2SK2554)

Как определить (оценить) максимально разумную частоту ШИМ для транзистора 2SK2554?

Я нашел время в таблице :

Я мог бы из этого оценить частоту (и убедиться, что все эти времена в 20-50 раз короче, чем длина моего цикла ШИМ или что-то в этом роде. Но у меня Vgs между 4-5 В, мой максимальный ток составляет 10 А.

Я спрашиваю, потому что сейчас у меня медленный ШИМ (~ 1 кГц), но я хочу знать, насколько быстрым может быть мой ШИМ, не теряя слишком много энергии при переключении.

Моя нагрузка - большая свинцово-кислотная батарея (зарядка) или резистивная (разрядка).

Пока что - я выполнил симуляцию с похожим, немного меньшим транзистором (2SK2553), потому что в моем Multisim не было 2SK2554.

Это график для Vgs = 4V.

Сколько времени (в процентах, например) мое время переключения может занять от времени цикла ШИМ?

Основным фактором, определяющим скорость переключения, является не только сам MOSFET, но и схема, в которой он подключен.

С точки зрения затвора (т. Е. PoV вашего ШИМ-сигнала), MOSFET можно рассматривать как простой конденсатор. МОП-транзистор считается включенным, когда напряжение на этом конденсаторе превышает пороговое напряжение$V_{th}$ и выключается, когда внизу (это более сложно, чем сейчас, но пока это упрощенная модель).

Таким образом, все сводится к тому, как быстро вы можете заряжать и разряжать этот конденсатор .

Чем дольше конденсатор заряжается или разряжается, тем дольше устройство будет переключаться, и тем больше мощности будет рассеиваться в течение этого периода переключения.

Существует очень хороший PDF документ от International Rectifier, который знакомит вас с основами MOSFET . Раздел, озаглавленный «Gate Charge», является хорошим чтением для этой проблемы.

Его можно упростить до стандартных формул RC для расчета времени зарядки конденсатора. $\tau=R \times C$- емкость затвора, умноженная на сопротивление участка схемы зарядки или разрядки затвора. Например, если вы переключаете затвор через 100 Ом, а затвор имеет емкость 7700 пФ, время нарастания будет$100 × 7.7e-9 = 770ns$за 63,2% заряда. Отрегулируйте это время в соответствии с точным пороговым напряжением и напряжением вашего привода.

Допустим, у вас есть 8-битный ШИМ, это возможные 256 значений, поэтому вам необходим абсолютный минимум 770 нс * 256 временных интервалов для переключения, который составляет 197,120 мкс или абсолютная максимальная частота 5073 Гц. Я бы ограничил его вдвое, чтобы обеспечить как минимум один отрезок времени уровня привода между включением и выключением.

Конечно, это только приблизительное значение. Если вы прочитаете этот PDF-файл и сравните его со значениями в таблице, вы сможете найти более точные значения.

Когда ступенька попадает в ворота mosfet, происходит некоторое замедление, прежде чем mos полностью включается. Это необходимо учитывать, если вы не хотите, чтобы MOS проводил большую часть своего времени, включая (выключая) вместо (не) проводя в своих идеальных состояниях, то есть «полностью включен» и «полностью выключен» ,

Когда выполняются шаги, происходят две вещи: емкость затвора-источника должна заряжаться, и область инверсии должна формироваться ниже затвора. Существует своего рода «мертвая» задержка, то есть ничего не происходит, как при включении, так и при выключении, поскольку, когда заряд на затворе ниже или выше определенного порога, ток (или весь возможный ток) не может течь: эта задержка время задержки

Время нарастания и спада учитывает время, необходимое току для достижения его максимального значения или нуля, как если бы вы шли по характеристикам mos в линейной (триодной) области.

Хотя время задержки, вероятно, в значительной степени постоянное, время нарастания и спада сильно зависит от напряжения на затворе:

• при включении, чем выше целевое напряжение затвора, тем меньше время нарастания
• при выключении, чем ниже начальное напряжение затвора, тем меньше время падения

Иногда вы управляете воротами с высоким напряжением, чтобы быстро включить его, а затем возвращаетесь к минимуму $V_{GS}$ это гарантирует насыщение, так что отключение будет быстрее.

Что касается вашего времени, я бы начал суммировать задержку и время нарастания (спада) для каждого перехода:

Предположим, вы хотите тратить не более 1% своего времени на включение или выключение вашего Mos: вы берете $t_{ON}+t_{OFF}=2580ns$умножьте его на 100, и у вас будет период: 258000 нс или 258 мкс, то есть около 4 кГц. В комментариях я просто пренебрег поворотом вовремя.

В любом случае, 1% - это довольно консервативный предел, это означает, что волна действительно выглядит прямоугольной, если вы видите ее через область видимости. Вы, вероятно, можете подняться немного выше и быть в безопасности, то есть вы не сильно рассеиваетесь.